Rüzgar ile elektrik üretimi. Rüzgar santralleri nasıl çalışır?

Rüzgar enerjisi, mekanik güç veya elektrik üretmek için rüzgarın kullanıldığı süreci tanımlar. Rüzgar türbinleri, rüzgardaki kinetik enerjiyi mekanik güce dönüştürür. Bu mekanik güç, tahıl öğütme veya su pompalama gibi işlemlerde kullanılabilir veya bir jeneratör tarafından elektriğe dönüştürülebilir. Rüzgar ile elektrik üretiminin mantığı budur.

Rüzgarın oluşma sebeplerinden biri de güneştir. Rüzgarlar, güneşin atmosferi eşit olmayan şekilde ısıtması, yeryüzünün düzensizlikleri ve yerkürenin dönüşüyle oluşur. Rüzgar akış yönünü su kütleleri, bitki örtüsü ve arazi koşulları belirler. Rüzgar akışı bir kinetik enerjidir. Her kinetik enerji de başka bir enerjiye çevrilebilir.

Rüzgar enerjisinin en önemli kullanım alanı tabii ki elektrik üretimidir. Diğer kullanım alanları aydınlatma sistemleri, su depolama ve pompalama sistemleri, soğutma sistemleri, tahıl öğütme değirmenleri ve gemi taşımacılığı sektörleridir.

Rüzgar ile elektrik üretimi

Rüzgar ile elektriğin üretilmesi için bir rüzgar türbinin döndürülmesi gereklidir. Türbine bağlı generatör mıknatıslanarak elektrik enerjisi üretir.

Rüzgar enerjisi ile elektrik üretiminin süreçleri şöyledir:

1-Rüzgarın itme kuvveti de bir türbini döndürmek için harika bir kaynaktır. Rüzgarın kinetik enerjisi ile bir rüzgar türbinini döndürür kinetik enerji mekanik enerjiye çevrilir.

2-Mekanik dönme etkisi türbine bağlı bir generatör yardımıyla elektrik enerjisine çevrilir.

3-Elektrik enerjisi de yükseltici trafolar yardımıyla yükseltilir.

4-Daha sonra da evlerde, iş yerlerinde, endüstriyel tesislerde kullanılmak üzere enterkonnekte şebekeye basılır.

Rüzgar türbinlerini fan ya da vantilatörün tam tersidir diyebiliriz. Vantilatör elektrik enerjisini kullanarak pervanesini döndürüp rüzgar sağlarken, rüzgar türbini de rüzgarı kullanarak döner ve elektrik sağlar.

Modern rüzgar türbinleri yatay eksenli ve dikey eksenli olarak iki çeşittir. Günümüzdeki türbinlerin hemen hepsi yatay eksenlidir.

Rüzgar türbininin parçaları

A-Bıçaklar (rotor)

Rüzgârı yakalayan ve şaftın dönmesini sağlayan kısımdır.

B-Düşük hızlı şaft

Rotor ile birlikte döner ve bir dişli sistemi kullanarak yüksek hızlı şaftı döndürür.

C-Yüksek hızlı şaft

Düşük hızlı şaftın dönüşünü en yüksek hızda generatöre transfer eder.

D-Anemometre

Rüzgârın hızını ölçer ve bu bilgiyi kontrolöre aktarır.

E-Küçük rüzgârgülü

Rüzgârın yönünü ölçer ve bu bilgiyi sapma sürücüsüne aktarır.

F-Kontrolör

Sadece istenen rüzgâr hızlarında ( 12…89 km/saat) çalışmak için türbini başlatır ve durdurur.

G-Generatör

Yüksek hızlı şaftın dönüşünü ve elektromanyetik indüksiyonu kullanarak elektrik üretir.

H-Sapma sürücüsü

Küçük rüzgârgülünden elde edilen verileri kullanarak türbini rüzgâra göre doğru yönlendirir

I-Fren

Rüzgârın çok şiddetli esmesi durumunda rotoru durdurur.

Rüzgar santralinin pervanesinin dönmesi ve elektrik üretmesi için 10…15 km/saat’lik bir rüzgar akışı yeterlidir. Rüzgar 90 km/saati geçen bir hızda eserse sistemin zarar görmemesi için pervaneler durdurulur. Rüzgar santralleri önceden rüzgar hızı ölçülmüş ve yıllık rüzgar oranı en verimli olan yerler tespit edilerek bu bölgelere kurulur. Genellikle rüzgar akışının çok olacağı  ve açık rüzgarlara maruz kalabileceği tepelik bölgelere konumlandırılır.

Rüzgar ile elektrik üretiminin avantajları

Rüzgar ile elektrik üretiminin faydaları şunlardır:

• Kaynağı bedavadır. Rüzgardan enerji üretilir.
• Rüzgar enenjisi yenilenebilirdir. Temiz bir enerjidir. Çevreyi kirletmez zararlı gazlar oluşturmaz.
• Çok uzakta bulunan deniz aşırı yerlere bile rüzgar enerjisi ile elektrik sağlanabilir.
• Çok büyük bir arazi alanı kaplamaz.
• Gece ve gündüz elektrik üretebilir. Örneğin güneş santralleri gece elektrik üretemez.
• Enerjide dışa bağımlılığı yani enerji ithalatını azaltır. Lokal iş imkanları yaratır.

Rüzgar ile elektrik üretiminin dezavantajları

Rüzgar ile elektrik üretiminin zararları şunlardır:

• Her yere kurulamayabilir. Rüzgarlı bir bölge gereklidir. Rüzgar ne çok az, ne de çok fazla olmalıdır.
• Yatırım maliyetleri yüksektir.
• Gürültü yaratabilir ve yabani kuşların ve hayvanlarının yaşamını zorlaştırabilir.
• Bir tane rüzgar gülü çok fazla elektrik üretmeyebilir. Verimin artırılması için çok sayıda rüzgar gülü kullanılmalıdır.

Türkiye’deki rüzgar enerji santralleri

Türkiye’de 180 adet rüzgar enerji santrali bulunmaktadır ve bu santrallerin kurulu gücü 5789 MW’tır. Bu santraller yıllık olarak 16,5 GWh elektrik üretmektedir. Türkiye tükettiği elektriğin %6,3’ünü rüzgar enerjisinden karşılamaktadır.

Kurulu gücünün büyüklüğüne göre Türkiye’deki ilk 10 rüzgar santrali şunlardır:

Bilim adamları, rüzgardan elektrik enerjisi elde etme oranın önümüzdeki yıllarda artacağını tahmin ediyor. Gün geçtikçe daha fazla ülke bu yenilenebilir enerji kaynaklarına güvenlerini arttırmak için bütçelerinin bir kısmını tahsis edecek ve böylece kirlilik seviyelerini ve küresel ısınmayı azaltacaktır. Rüzgar enerjisi küresel ısınmanın neden olduğu iklim değişikliğini azaltma ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltma mücadelesinin bir parçası olacaktır.

Rüzgar enerjisi ile ilgili ilginç notlar

Rüzgar enerjisi ne zaman keşfedilmiştir?

İlk insanların rüzgarları bir şeyleri yapmak veya yerlere gitmek için kullanabildiklerini tam olarak nasıl ve ne zaman keşfettiklerini bilmiyoruz. Ancak, tarihin ilk kayıtlarından bu yana, insanların rüzgar enerjisini kullandığını biliyoruz. Tekneler, Nil Nehri’ne M.Ö 5000 yıllarında kadar yelken açmakta ve M.Ö.200 yıllarında basit yel değirmenleri Çin’de su pompalamakta ve Pers ve Orta Doğu’da tahıl öğütmekteydi.

Rüzgar enerjisi ne kadar verimlidir?

İyi konumlandırılmış bir rüzgar türbini, zamanın % 70-85’i civarında elektrik üretecektir. Rüzgar hızına bağlı olarak çıkış değişecektir. Yıl boyunca, bir rüzgar türbini teorik olarak maksimum veriminin % 30’unu üretecektir.

Bu, ‘yük faktörü’ olarak bilinir. Kulağa pek hoş gelmese de bu oran geleneksel elektrik santrallerinin yük faktörünü olan %50’den çok da uzak bir oran değildir. Kaynağının ücretsiz olduğu düşünüldüğünde bu oran çok iyi bir orandır.

Rüzgar türbinlerinin kuleleri neden bu kadar uzundur?

Rüzgar türbinleri, rüzgârın yüksek irtifalarda daha çok olması nedeniyle uzundur. Rüzgar kaynağı büyüdükçe, türbin dönüşleri artar ve kullanımımız için daha fazla enerji üretilir.

Peki neden bazı kuleler diğerlerine göre daha uzundur?

Kule ne kadar uzun olursa pervanenin çapı da o kadar uzun olur ve daha fazla elektrik üretilebilir. Ticari ölçekli türbinler genellikle 100 metrelik kulelere yerleştirilir. Böylece kanatların ucu havada 160 metreye kadar çıkabilir.

Daha küçük ev veya çiftlik büyüklüğünde türbinler genellikle 15 metreye kadar rotor çapına sahiptir ve 30 ila 50 metrelik kulelere yerleştirilebilir.

Rüzgar santralleri ne kadar gürültü yapar?

Doğrudan bir rüzgar türbininin altında durduğunuzda, gürültü seviyesi elektrikli süpürgeninkinin biraz üzerindedir. 100 metre ötede, seviye kabaca bir mikrodalga fırının seviyesine düşer. 300 metre uzaklıkta, gürültü seviyesi bir buzdolabınınkine eşittir.

Standart protokol olarak ticari rüzgar türbinleri en yakın konuta 300 metreden daha yakın olamaz.

Bir rüzgar türbini kaç tane evi besler?

Bir evin yılda 10.000 kilowatsaat elektrik tükettiğini düşünürsek 1MW’lık rüzgar türbini 250 evi besleyebilir.

Rüzgar enerjisi daha sonra kullanmak üzere depolanabilir mi?

Rüzgarın bazen esip bazen esmemesi nedeniyle daha sonra kullanmak üzere ürettiği elektriği depolamak mantıklıdır. Depolamayı bataryalar yapıyor ve gelişen teknoloji ile beraber bataryaların verimi günden güne artıyor.

Evimin elektrik ihtiyacını rüzgar enerjisi ile karşılayabilir miyim?

Biraz emek harcayarak evinize direk veya binaya monte bir rüzgar türbini kurabilirsiniz. Çok rüzgarlı bölgelerde yaşayan insanlar, enerji faturalarından tasarruf etmek için bu teknolojiyi giderek daha fazla kullanıyor ve kurulan tipik bir sistem, bir evin kullanabileceğinden daha fazla güç üretebiliyor.